JP2008231537A - Electrolysis simulation apparatus - Google Patents

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Hideaki Yoshida
英昭 吉田
Makoto Omoto
誠 大本
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To exactly simulate the transient change of the temperature of an electrolytic cell without performing intricate calculation. <P>SOLUTION: The electrolysis simulation apparatus includes; a resistance value calculation means which calculates the resistance value of each electrolytic cell from the temperature of each electrolytic cell and resistance value model data; a current value calculation means which calculates a current value from the resistance value of each electrolytic cell and the current value of each electrolytic cell; a calorific power calculation means which calculates a calorific power from the current value of each electrolytic cell and the calorific power model data; an electrolyzed product abundance calculation means which calculates the abundance of the electrolyzed product from the current value of each electrolytic cell and the electrolyzed product abundance model data; a dissipation heating value calculation means which calculates the dissipation heating value based on the electrolyzed product abundance and the supply rate of an electrolytic solution; a temperature calculation means which calculates the temperature of each electrolytic cell based on the raw material supply heating value, the dissipation heating value, and the calorific power; and a temperature correction means which corrects the temperature based on the amount of heat exchange of a heat exchanger. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気分解生成物の製造において使用する電解槽をシミュレートする電解シミュレーション装置及び電解シミュレーション方法並びにプログラムに関し、詳しくは、複数の電解槽で電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する際に全電流値等を変化させた場合において、電解槽の温度の過渡変化を煩雑な計算を行うことなく正確にシミュレートする電解シミュレーション装置及び電解シミュレーション方法並びにプログラムに関する。   The present invention relates to an electrolysis simulation apparatus, an electrolysis simulation method, and a program for simulating an electrolytic cell used in the production of an electrolysis product, and more specifically, electrolysis of an electrolyte solution in a plurality of electrolysis cells to produce an electrolysis product. The present invention relates to an electrolysis simulation apparatus, an electrolysis simulation method, and a program for accurately simulating a transient change in the temperature of an electrolytic cell without complicated calculation when the total current value or the like is changed during manufacturing.

イオン交換膜法塩化アルカリ電解においては、一般的に電解槽としてイオン交換膜法電解槽が用いられており、この電解槽は、有機材料からなるイオン交換膜を挟んで陽極側は塩素及び強い強酸性雰囲気が存在し、陰極側は強アルカリ溶液が存在する構造となっている。例えば塩化ナトリウム(NaCl)水溶液を充填した電解槽では、陽極側に塩素(Cl)が発生し、陰極側に水素(H)及び苛性ソーダ(NaOH)が発生する。 In ion exchange membrane method alkaline chloride electrolysis, an ion exchange membrane method electrolytic cell is generally used as an electrolytic cell, and this electrolytic cell has an ion exchange membrane made of organic material sandwiched between an anode and chlorine and a strong strong acid. A negative atmosphere and a strong alkaline solution is present on the cathode side. For example, in an electrolytic cell filled with an aqueous solution of sodium chloride (NaCl), chlorine (Cl 2 ) is generated on the anode side, and hydrogen (H 2 ) and caustic soda (NaOH) are generated on the cathode side.

電解槽において得られる電気分解生成物の生産量には電流効率が関係しており、この電流効率は、電解反応に使用する電解電気量が有効利用されているか、すなわち流れた電子の何%がその反応を進めたかを判断する指標として用いられている。例えば、この電流効率は、上述した塩化アルカリ電解においては、水素ガス基準、塩素ガス基準、及び苛性ソーダ基準とに分けられているが、苛性ソーダを製造する電解工場では、一般的に苛性ソーダを電流効率の基準としており、(1)式に示すように苛性ソーダの理論生産量に対する実生産量の比によって電流効率は計算される。
電流効率(%)=苛性ソーダ実生産量÷苛性ソーダ理論生産量×100 (1)
また、電流効率には原料濃度等の運転条件や電解膜特性が影響する。特に、この電解膜特性は膜の使用時間と共に変化し、例えば電解槽における電解膜の抵抗値は、電解質溶液の温度の関数となっている。したがって、電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する際、電解質溶液の温度は重要なパラメータの1つとなる。
The amount of electrolysis product produced in the electrolytic cell is related to the current efficiency, and this current efficiency is based on the fact that the amount of electrolysis used in the electrolysis reaction is effectively utilized, that is, what percentage of the flowed electrons It is used as an index for judging whether the reaction has progressed. For example, in the above-described alkali chloride electrolysis, this current efficiency is divided into a hydrogen gas standard, a chlorine gas standard, and a caustic soda standard. The current efficiency is calculated based on the ratio of the actual production amount to the theoretical production amount of caustic soda as shown in the equation (1).
Current efficiency (%) = Caustic soda actual production ÷ Caustic soda theoretical production x 100 (1)
The current efficiency is affected by operating conditions such as raw material concentration and electrolytic membrane characteristics. In particular, the electrolytic membrane characteristics change with the usage time of the membrane. For example, the resistance value of the electrolytic membrane in the electrolytic cell is a function of the temperature of the electrolyte solution. Therefore, when producing an electrolysis product by electrolyzing the electrolyte solution, the temperature of the electrolyte solution is one of important parameters.

特許文献1には、電解槽の温度を調整するための方法として、各電解槽を流れる電解槽電流の電流値の平均値に対しての電流上限値及び下限値、並びに電解槽温度上限値を設け、抵抗値が最大を示す電解槽の電解槽については温度上限値に設定し、最大抵抗電解槽以外の電解槽は電流上限値以下かつ電流下限値以上の範囲で最大温度となるように通電する温度制御方法が提案されている。この方法では、各電解槽の温度が電解槽の温度上限値を超えない範囲で可能な限り高い温度に調整することが好ましく、電解槽の温度は、各電解槽に備えられた熱交換器等の温度調整装置によって電解槽を冷却又は過熱することで調整される。   In Patent Document 1, as a method for adjusting the temperature of the electrolytic cell, the current upper limit value and the lower limit value with respect to the average value of the current value of the electrolytic cell current flowing through each electrolytic cell, and the electrolytic cell temperature upper limit value are set. Set the upper limit value for the electrolyzer of the electrolyzer that has the maximum resistance value, and energize the electrolyzers other than the maximum resistance electrolyzer so that the maximum temperature is within the range of the current upper limit value and the current lower limit value. A temperature control method has been proposed. In this method, it is preferable to adjust the temperature of each electrolytic cell as high as possible within a range that does not exceed the upper temperature limit value of the electrolytic cell, and the temperature of the electrolytic cell is a heat exchanger provided in each electrolytic cell. The temperature is adjusted by cooling or overheating the electrolytic cell.

特開2005−194564号公報JP 2005-194564 A

しかしながら、苛性ソーダを製造する電解工場で上述したような電解生成物の生産量を求める際には電流効率や電解膜特性を考慮する必要があり、実際の操業において電解生成物の生産量を増減する際に変化する電解槽の温度変化を予想して電流値等のパラメータを設定するためには、電流効率や電解膜特性を考慮に入れた煩雑な計算をする必要があった。また、温度変化の程度によってその後の電流値や抵抗値の変化の度合いが異なり、この電流値や抵抗値の変化によってさらに温度変化が生じるため、この温度変化の詳細について予見することは容易ではなく、長年の経験に依存する部分が大きかった。   However, it is necessary to consider current efficiency and electrolytic membrane characteristics when determining the production amount of electrolytic products as described above in an electrolytic plant for producing caustic soda, and increase or decrease the production amount of electrolytic products in actual operation. In order to set the parameters such as the current value in anticipation of the changing temperature of the electrolytic cell, it is necessary to perform a complicated calculation taking into account the current efficiency and electrolytic membrane characteristics. In addition, the degree of change in current value and resistance value varies depending on the degree of temperature change, and further temperature change occurs due to the change in current value and resistance value, so it is not easy to predict the details of this temperature change. The part that relied on years of experience was great.

本発明は、上記事情に着目してなされたものであり、複数の電解槽で電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する際に全電流値等を変化させた場合において、電解槽の温度の過渡変化を煩雑な計算を行うことなく正確にシミュレートする電解シミュレーション装置及び電解シミュレーション方法並びにプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and in the case of changing the total current value and the like when electrolyzing an electrolytic solution in a plurality of electrolytic cells to produce an electrolysis product, the electrolytic cell It is an object of the present invention to provide an electrolysis simulation apparatus, an electrolysis simulation method, and a program for accurately simulating a transient change in temperature without performing complicated calculations.

上述した目的を達成するために、本発明に係るシミュレーション装置は、出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度をシミュレートする電解シミュレーション装置において、上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶手段と、上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電流の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出手段と、上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出手段と、上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出手段と、上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の熱散逸量を算出する散逸熱量算出手段と、上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出手段と、上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正手段とを備えるものである。   In order to achieve the above-described object, a simulation apparatus according to the present invention includes a DC power source that outputs a DC current while changing an output voltage so that the output current is constant, and an electrical parallel to the DC power source. Two or more electrolytic cells connected to each other, a heat exchanger for keeping the temperature of each electrolytic cell constant, and a supply means for supplying an electrolytic solution to each electrolytic cell at a predetermined temperature, An electrolysis simulation apparatus for simulating the temperature of an electrolysis apparatus for producing an electrolysis product by energizing a direct current from the power source to each electrolysis tank and electrolyzing the electrolyte solution supplied to each electrolysis tank , Resistance value model data indicating a resistance value with respect to a temperature deviation in each of the electrolytic cells, a heating value model data indicating a heating value with respect to a current value, and generation amounts of each electrolysis product with respect to the current value Storage means for storing the generated electrolysis product generation amount model data, resistance value calculating means for calculating the resistance value of each electrolytic cell from the temperature and resistance value model data of each electrolytic cell, and each electrolytic cell A current value calculating means for calculating a current value of each electrolytic cell from a resistance value and a current value of a direct current output from the DC power source; and each electrolytic cell from the current value of each electrolytic cell and the calorific value model data. A calorific value calculation means for calculating the calorific value of the tank, and an electrolysis product generation amount calculation means for calculating the electrolysis product generation quantity from the current value of each electrolytic cell and the electrolysis product generation quantity model data, respectively. And a dissipated heat amount calculating means for calculating a heat dissipation amount of each electrolytic cell based on the generated amount of the electrolysis product and the supply amount of the electrolyte solution, and supply of the electrolyte solution supplied by the supply means. Temperature correction means for correcting the temperature of each electrolytic cell based on the amount of heat, the amount of heat dissipated, and the temperature of each electrolytic cell based on the amount of heat generated, and the amount of heat exchange of the heat exchanger Means.

また、上述した課題を解決するために、本発明に係るシミュレーション方法は、出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度変化をシミュレートする電解シミュレーション方法において、上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物の発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶ステップと、上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電源の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出ステップと、上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出ステップと、上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物の発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出ステップと、上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の散逸熱量を算出する散逸熱量算出ステップと、上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出ステップと、上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正ステップとを有するものである。   In order to solve the above-described problems, a simulation method according to the present invention includes a DC power source that outputs a DC current while changing an output voltage so that the output current is constant, Two or more electrolytic cells connected in parallel to each other, a heat exchanger for keeping the temperature of each electrolytic cell constant, and a supply means for supplying an electrolytic solution to each electrolytic cell at a predetermined temperature, Simulate the temperature change of the electrolytic cell of the electrolysis apparatus that produces an electrolysis product by electrolyzing the electrolytic solution supplied to each electrolytic cell by supplying a direct current from the direct current power source to each electrolytic cell. In the electrolysis simulation method, resistance value model data indicating a resistance value with respect to temperature deviation in each of the electrolytic cells, a heat value model data indicating a heat value with respect to a current value, and each electrolysis product with respect to a current value. A storage step of storing electrolysis product generation amount model data indicating the generation amount of a product, a resistance value calculation step of calculating a resistance value of each electrolytic cell from the temperature of each electrolytic cell and the resistance value model data, A current value calculating step of calculating a current value of each electrolytic cell from a resistance value of each electrolytic cell and a current value of a direct current power source output from the direct current power source; a current value of each electrolytic cell and a calorific value model; A calorific value calculating step for calculating the calorific value of each electrolytic cell from the data; and an electrolysis for calculating the generated amount of the electrolytic product from the current value of the electrolytic cell and the electrolytic product generated amount model data, respectively. A product generation amount calculating step, a dissipated heat amount calculating step for calculating a dissipated heat amount of each electrolytic cell based on the electrolysis product generation amount and the supply amount of the electrolyte solution, and the above A temperature calculating step for calculating the temperature of each electrolytic cell based on the supply heat amount of the electrolyte solution supplied by the supply means, the dissipated heat amount, and the heat generation amount, and the heat exchange amount of the heat exchanger, And a temperature correction step for correcting the temperature of each electrolytic cell.

また、上述した課題を解決するために、本発明に係るシミュレーションプログラムは、出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度変化をシミュレートする電解シミュレーション処理をコンピュータシステムに実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物の発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶ステップと、上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電源の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出ステップと、上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出ステップと、上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物の発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出ステップと、上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の散逸熱量を算出する散逸熱量算出ステップと、上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出ステップと、上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正ステップとを有するものである。   In order to solve the above-described problem, a simulation program according to the present invention includes a DC power source that outputs a DC current while changing an output voltage so that the output current is constant, Two or more electrolytic cells connected in parallel to each other, a heat exchanger for keeping the temperature of each electrolytic cell constant, and a supply means for supplying an electrolytic solution to each electrolytic cell at a predetermined temperature, Simulate the temperature change of the electrolytic cell of the electrolysis apparatus that produces an electrolysis product by electrolyzing the electrolytic solution supplied to each electrolytic cell by supplying a direct current from the direct current power source to each electrolytic cell. In a computer program for causing a computer system to execute electrolysis simulation processing, resistance value model data indicating a resistance value with respect to a temperature deviation in each of the electrolytic cells, and a current value A storage step for storing calorific value model data indicating the calorific value with respect to the current value, and electrolysis product generation amount model data indicating the generation amount of each electrolysis product with respect to the current value; temperature of each electrolytic cell; and the resistance value model The current value of each electrolytic cell is calculated from the resistance value calculating step for calculating the resistance value of each electrolytic cell from the data, and the resistance value of each electrolytic cell and the current value of the DC power source output from the DC power source. A current value calculating step; a calorific value calculating step for calculating a calorific value of each electrolytic cell from the current value of each electrolytic cell and the calorific value model data; a current value of each electrolytic cell and generation of an electrolysis product A step of calculating the amount of electrolysis product generated to calculate the amount of electrolysis product generated from the quantity model data, and the amount of electrolysis product generated and the supply amount of the electrolyte solution. Based on the heat dissipation calculation step for calculating the heat dissipation amount of each electrolytic cell, the supply heat amount of the electrolyte solution supplied by the supply means, the heat dissipation amount, and the heat generation amount, the temperature of each electrolytic cell is calculated. And a temperature correction step for correcting the temperature of each electrolytic cell based on the heat exchange amount of the heat exchanger.

本発明によれば、モデルデータを使用したシミュレーションを通じて、電解槽において電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する際の動的挙動、特に温度の経時変化を正確にシミュレートすることができる。したがって、電解槽の新たな運転状況を予見するための訓練に役立てることもできる。   According to the present invention, through a simulation using model data, it is possible to accurately simulate the dynamic behavior, particularly the temperature change over time, when electrolyzing an electrolyte solution in an electrolytic cell to produce an electrolysis product. it can. Therefore, it can also be used for training for predicting new operating conditions of the electrolytic cell.

以下、図面を参照しながら、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明する。先ず、本実施の形態における電解装置の一例を図1を参照しながら説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. First, an example of the electrolysis apparatus in the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、電気分解装置の一例を示す模式図である。この電気分解装置1は、直流電流を出力するする電源装置2、電解質溶液を電気分解する電解槽3(電解槽3a〜電解槽3d)、電解槽温度設定値を出力する温度設定値出力装置4、電解槽の温度が設定値になるように調整する温度調整装置5(温度調整装置5a〜温度調整装置5d)、図示しない熱交換器、電気分解生成物取り出し口、及び原料供給部から構成される。また、この電気分解装置1は、電解槽3で電気分解生成物を生成する。例えば電気分解装置1で塩化ナトリウム水溶液を電気分解する場合においては、電気分解生成物として水素、塩素、苛性ソーダ、淡塩水等が発生する。なお、電気分解生成物はこの例に限定されるものではない。また、電気分解装置1は、例えばコンピュータで構成された温度設定値出力装置4も備え、電解槽温度設定値は、この温度設定値出力装置4から出力されて温度調整装置5に送られる。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an electrolysis apparatus. The electrolyzer 1 includes a power supply device 2 that outputs a direct current, an electrolyzer 3 (electrolyzer 3a to 3d) that electrolyzes an electrolyte solution, and a temperature set value output device 4 that outputs an electrolyzer temperature set value. And a temperature adjusting device 5 (temperature adjusting device 5a to 5d) for adjusting the temperature of the electrolytic cell to a set value, a heat exchanger (not shown), an electrolysis product outlet, and a raw material supply unit. The Further, the electrolysis apparatus 1 generates an electrolysis product in the electrolytic cell 3. For example, when an aqueous sodium chloride solution is electrolyzed by the electrolyzer 1, hydrogen, chlorine, caustic soda, fresh salt water and the like are generated as electrolysis products. The electrolysis product is not limited to this example. The electrolyzer 1 also includes a temperature set value output device 4 configured by, for example, a computer. The electrolytic cell temperature set value is output from the temperature set value output device 4 and sent to the temperature adjusting device 5.

電源装置2は、一定の出力電流で直流電流を出力する定電流装置を備える。この定電流装置は、電解槽3に通電される全電流値をある一定値に保つものであり、定電流電解の場合、全電流値Iは式(2)により算出される。
I=S×ΣI (2)
ここで、ΣIはイオン毎の電流密度の合計、Sは電極面積であり、電極面積Sを一定とみなした場合には、イオン毎の電流密度の合計は一定値となる。
The power supply device 2 includes a constant current device that outputs a direct current with a constant output current. This constant current device keeps the total current value supplied to the electrolytic cell 3 at a certain constant value. In the case of constant current electrolysis, the total current value I is calculated by the equation (2).
I = S × ΣI (2)
Here, ΣI is the total current density for each ion, S is the electrode area, and when the electrode area S is considered constant, the total current density for each ion is a constant value.

また、電源装置2から出力される直流電流の出力電流は、抵抗値の変化に応じて出力電圧を変化させることで一定に制御されている。また、出力電流は、目的とする電気分解生成物の生成速度に応じて適宜選択される。   The output current of the direct current output from the power supply device 2 is controlled to be constant by changing the output voltage in accordance with the change in the resistance value. The output current is appropriately selected according to the production rate of the target electrolysis product.

電解槽3a〜電解槽3dは、電気分解生成物を生成する。この電解槽3a〜電解槽3dはそれぞれ陽極、陰極、陽極と陰極との間を隔離するイオン交換膜、温度調整装置5a〜温度調整装置5dを備えている。電解槽3で使用される電解質溶液、例えば塩化ナトリウム水溶液は、電解槽3に充填される。電解槽3には、通常同じ構造で同じ規格で製作されたものが用いられる。電解槽3の電解槽の様式としては、電極およびイオン交換膜を備えたイオン交換膜法電解槽が挙げられる。なお、電解槽3の電解槽の数は、2以上であれば特に限定されないが、本発明では、電解槽の数が3以上、さらには5以上である場合に好ましく適用され、通常は10以下程度である。また、電解槽3は、同じ温度で測定されたときの抵抗値が平均値に対して±10%の範囲にあることが好ましい。ここで平均値とは、同じ温度で測定した電解槽3の抵抗の和を電解槽の数で除したものである。また、電解槽3は、電源装置2に対して互いに電気的に並列に接続される。   The electrolytic cells 3a to 3d generate electrolysis products. Each of the electrolytic cells 3a to 3d includes an anode, a cathode, an ion exchange membrane for isolating the anode and the cathode, and a temperature adjusting device 5a to a temperature adjusting device 5d. An electrolytic solution used in the electrolytic cell 3, for example, a sodium chloride aqueous solution, is filled in the electrolytic cell 3. As the electrolytic cell 3, one that is usually manufactured with the same structure and the same standard is used. As a mode of the electrolytic cell of the electrolytic cell 3, an ion exchange membrane method electrolytic cell including an electrode and an ion exchange membrane may be mentioned. The number of electrolytic cells in the electrolytic cell 3 is not particularly limited as long as it is 2 or more. However, in the present invention, the number of electrolytic cells is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and usually 10 or less. Degree. In addition, the electrolytic cell 3 preferably has a resistance value in a range of ± 10% with respect to the average value when measured at the same temperature. Here, the average value is obtained by dividing the sum of the resistance of the electrolytic cell 3 measured at the same temperature by the number of electrolytic cells. The electrolytic cell 3 is electrically connected to the power supply device 2 in parallel.

電解槽3で電解質溶液を電気分解するには、電解槽3により定められる実用電解電圧、電解槽3の抵抗値、及び電解槽3に通電される電流値の積で求められる負荷電圧との和に等しい電圧を印加する必要がある。ここで実用電解電圧は、電解槽3の方式、電解槽3に用いる電極板、イオン交換膜、使用する電解質溶液の種類やその濃度等によって異なる。また、電解槽3の抵抗値は、電解槽3の方式、電極面積、使用する電解質溶液の種類やその濃度等によって異なる。また、電解槽3は、互いに電気的に並列に接続されているので、電解槽3に印加される電圧は、電源装置2からの出力電圧に等しくなり、式(3)が成立する。
V=V0+Vi (3)
ここで、V0は実用電解電圧、Vは負荷電圧、Vは出力電圧である。
In order to electrolyze the electrolytic solution in the electrolytic cell 3, the sum of the practical electrolytic voltage determined by the electrolytic cell 3, the resistance value of the electrolytic cell 3, and the load voltage obtained by the product of the current value passed through the electrolytic cell 3. It is necessary to apply a voltage equal to. Here, the practical electrolysis voltage varies depending on the method of the electrolytic cell 3, the electrode plate used in the electrolytic cell 3, the ion exchange membrane, the type and concentration of the electrolytic solution used, and the like. The resistance value of the electrolytic cell 3 varies depending on the method of the electrolytic cell 3, the electrode area, the type of electrolyte solution used, the concentration thereof, and the like. Moreover, since the electrolytic cell 3 is electrically connected mutually in parallel, the voltage applied to the electrolytic cell 3 becomes equal to the output voltage from the power supply device 2, and Formula (3) is materialized.
V = V 0 + V i (3)
Here, V 0 is a practical electrolysis voltage, V i is a load voltage, and V is an output voltage.

電解槽3に直流電流を通電することで、電解槽3に充填された電解質溶液が電気分解されて、目的の電気分解生成物が得られる。例えば、電解槽3で塩化ナトリウム水溶液を電気分解する場合においては、陽極側では酸化反応により塩素が発生し、陰極側では還元反応により水素及び苛性ソーダが発生する。なお、電解槽3に充填される電解質溶液の液量は、そのオーバーフロー型の構造により一定に保たれるため、電気分解装置1で電流設定値をステップ的に変更しても、電解槽3の温度は、ある特定の応答時間を有する一次遅れ型の応答を示す。すなわち、電気分解装置1で電流設定値をステップ的に変化させた場合、電解槽3の温度は、急激に上昇又は減少しないが、シミュレーションすることによりこの温度の経時的変化を正確に把握することができる。   By applying a direct current to the electrolytic cell 3, the electrolyte solution filled in the electrolytic cell 3 is electrolyzed, and the target electrolysis product is obtained. For example, when an aqueous sodium chloride solution is electrolyzed in the electrolytic cell 3, chlorine is generated by an oxidation reaction on the anode side, and hydrogen and caustic soda are generated by a reduction reaction on the cathode side. Since the amount of the electrolyte solution filled in the electrolytic cell 3 is kept constant by the overflow type structure, even if the current setting value is changed stepwise in the electrolysis apparatus 1, Temperature indicates a first order lag type response with a certain response time. That is, when the current setting value is changed stepwise in the electrolyzer 1, the temperature of the electrolytic cell 3 does not increase or decrease rapidly, but it is possible to accurately grasp the temporal change of this temperature by simulation. Can do.

温度設定値出力装置4は、温度調整装置5に電解槽温度設定値を出力する装置であり、例えばコンピュータで構成される。   The temperature set value output device 4 is a device that outputs the electrolytic cell temperature set value to the temperature adjusting device 5, and is configured by a computer, for example.

温度調整装置5(温度調調整置5a〜温度調整装置5d)は、例えば外部から電解槽温度設定値を受信して電解槽3の電解槽温度がこの温度設定値になるように調整する装置である。この温度調整装置5は、通常、電解熱が生じる電解槽3を熱交換器により冷却することで電解槽の温度を設定値となるように調整する。この熱交換器は、高温流体から伝熱壁を隔てて低温流体へ熱を伝える装置であり、その構造としては、二重管、多管式、カスケード式、コイル式などから任意のものを選択することができるものであり、熱交換の方式としては、向流式、並流式、十字流式などから任意の方式を選択することができる。また、温度調整装置5は、電気分解装置1の運転開始直後や電解熱の発生が少ない場合などには熱交換器により電解槽3を加熱することで電解槽の温度を設定値となるように調整する。   The temperature adjustment device 5 (temperature adjustment device 5a to temperature adjustment device 5d) is a device that receives an electrolytic cell temperature setting value from the outside, for example, and adjusts the electrolytic cell temperature of the electrolytic cell 3 to be this temperature setting value. is there. The temperature adjusting device 5 usually adjusts the temperature of the electrolytic cell to a set value by cooling the electrolytic cell 3 in which electrolytic heat is generated by a heat exchanger. This heat exchanger is a device that transfers heat from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid across a heat transfer wall, and the structure can be selected from double pipe, multi-tube type, cascade type, coil type, etc. As a heat exchange method, an arbitrary method can be selected from a countercurrent method, a parallel flow method, a cross flow method, and the like. Further, the temperature adjusting device 5 is configured so that the temperature of the electrolytic cell becomes a set value by heating the electrolytic cell 3 with a heat exchanger immediately after the start of operation of the electrolyzer 1 or when the generation of electrolytic heat is small. adjust.

電気分解生成物取り出し口は、電解槽3で発生する電気分解生成物を電解槽3から取り出すために設けられる部分であり、通常は電解槽3の上部付近及び底面付近に各電気分解生成物ごとに設けられる。例えば、電解槽3で塩化ナトリウム水溶液を電気分解する場合に発生する電気分解生成物においては、水素ガスは陰極側気相部の取り出し口から、塩素ガスは陽極側の気相部の取り出し口から、苛性ソーダは、陰極側液相部に設けた取り出し口から、淡塩水は陽極側液相部に設けた取り出し口からそれぞれ外部に接続された貯蔵タンク等へ取り出すことができる。なお、この電気分解生成物取り出し口の形状としては円状、多角形状等の形状から任意に選択することができる。   The electrolysis product outlet is a portion provided for taking out the electrolysis product generated in the electrolytic cell 3 from the electrolysis cell 3. Normally, the electrolysis product is provided near the top and bottom of the electrolysis cell 3. Is provided. For example, in an electrolysis product generated when an aqueous sodium chloride solution is electrolyzed in the electrolytic cell 3, hydrogen gas is extracted from the cathode side vapor phase outlet, and chlorine gas is extracted from the anode side vapor phase outlet. Caustic soda can be taken out from a take-out port provided in the cathode side liquid phase part, and fresh salt water can be taken out from a take-out port provided in the anode side liquid phase part to a storage tank or the like connected to the outside. Note that the shape of the electrolysis product outlet can be arbitrarily selected from a circular shape, a polygonal shape, and the like.

原料供給部は、電解槽3に充填するための電解質溶液を供給する装置であり、原料の流量や温度を制御することができる。   The raw material supply unit is a device that supplies an electrolyte solution for filling the electrolytic cell 3, and can control the flow rate and temperature of the raw material.

次に、電解シミュレーション装置の構成について説明し、次いでこの構成それぞれの動作方法について詳細に説明する。ここでは、例えば電解槽3で塩化ナトリウム水溶液を電気分解して電気分解生成物を発生させる場合の電解シミュレーションを想定する。   Next, the configuration of the electrolytic simulation apparatus will be described, and then the operation method of each configuration will be described in detail. Here, for example, an electrolysis simulation is assumed in the case where an aqueous solution of sodium chloride is electrolyzed in the electrolytic cell 3 to generate an electrolysis product.

図2は、本実施の形態に係る電解シミュレーション装置の機能ブロックを示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the electrolytic simulation apparatus according to the present embodiment.

電解シミュレーション装置6は、バス17を介して接続されたシミュレーションを実行させるための入力を行う入力部7と、シミュレーション演算を実行する処理部8と、シミュレートに必要な各種モデルデータやプログラム等を格納するメモリ9と、シミュレーション結果を出力する出力部16などから構成される。   The electrolysis simulation apparatus 6 includes an input unit 7 for performing an input for executing a simulation connected via a bus 17, a processing unit 8 for executing a simulation operation, and various model data and programs necessary for the simulation. It comprises a memory 9 for storing, an output unit 16 for outputting simulation results, and the like.

入力部7は、設定温度、初期状態における電解液の温度、設定電位、設定電流、計算回数、原料供給量、熱交換器における熱交換量等の電解装置をシミュレートするための制御条件に関わるデータが入力され、この入力部7は入力されたデータをバス17を介してメモリ9と処理部8とに供給する。   The input unit 7 relates to control conditions for simulating an electrolysis apparatus such as a set temperature, an electrolyte temperature in an initial state, a set potential, a set current, the number of calculations, a raw material supply amount, and a heat exchange amount in a heat exchanger. Data is input, and the input unit 7 supplies the input data to the memory 9 and the processing unit 8 via the bus 17.

処理部8は、図示しない算出部及び判断部から構成されており、算出部では、入力部7に入力されたデータからメモリ9に格納された後述する各種モデルデータを読み取り、選択されたモデルデータを用いて、メモリ9に格納された各種計算式を含むシミュレーションプログラム15に基づいてシミュレートを実行する。判断部では、メモリ9に格納された各種モデルデータを解析して実績値との比較を行い、この比較した結果に応じて演算の処理判断を行う。   The processing unit 8 includes a calculation unit and a determination unit (not shown). The calculation unit reads various model data (to be described later) stored in the memory 9 from data input to the input unit 7, and selects selected model data. Is executed based on a simulation program 15 including various calculation formulas stored in the memory 9. The determination unit analyzes various model data stored in the memory 9 and compares the model data with the actual value, and determines a calculation process according to the comparison result.

メモリ9は、シミュレートを実行するために必要なモデルデータ等を格納する。このメモリ9は、例えば、電解槽3の温度偏差に基づいて電解槽3の抵抗値を示す抵抗値モデルデータ10、電解槽3に通電される電流量に応じて電解槽3で発生する発熱量を示す発熱量モデルデータ11、電解槽3に通電される電流量に応じて電解槽3で発生する水素発生量を解析する水素発生量モデルデータ12、電解槽3に通電される電流量に応じて電解槽3で発生する塩素発生量を解析する塩素発生量モデルデータ13、電解槽3に通電される電流量に応じて電解槽3で発生する苛性ソーダ発生量を解析する苛性ソーダ発生量モデルデータ14、及び演算部で演算を行う際に使用する各種計算式や温度調整を行うプログラムを含むシミュレーションプログラム15等を格納する。また、このメモリ9に格納されている各種モデルデータは、シミュレート実行直前一ヶ月程度の操業データを入力部7を介して随時更新することで、電解槽3における電解膜特性に起因する計算誤差を少なくすることができ、例えば、電解膜の劣化に伴う電解槽の抵抗値の変化に起因する計算誤差を最小限に収めることができる。なお、この各種モデルデータの更新方法は、入力部7を介さずに他の方法で行っても構わない。   The memory 9 stores model data and the like necessary for executing the simulation. The memory 9 has, for example, resistance value model data 10 indicating the resistance value of the electrolytic cell 3 based on the temperature deviation of the electrolytic cell 3, and the amount of heat generated in the electrolytic cell 3 according to the amount of current passed through the electrolytic cell 3. The amount of generated heat model data 11 indicating hydrogen generation amount model data 12 for analyzing the amount of hydrogen generated in the electrolytic cell 3 according to the amount of current supplied to the electrolytic cell 3, and the amount of current applied to the electrolytic cell 3 Chlorine generation model data 13 for analyzing the chlorine generation amount generated in the electrolytic cell 3, and caustic soda generation model data 14 for analyzing the caustic generation amount generated in the electrolytic cell 3 in accordance with the amount of current supplied to the electrolytic cell 3. , And a simulation program 15 including a program for performing various calculation formulas and temperature adjustment used when performing computations in the computation unit. In addition, various model data stored in the memory 9 are updated as needed through the input unit 7 for operation data for about one month immediately before the simulation execution, thereby calculating errors caused by electrolytic membrane characteristics in the electrolytic cell 3. For example, it is possible to minimize a calculation error due to a change in the resistance value of the electrolytic cell accompanying the deterioration of the electrolytic membrane. The various model data update methods may be performed by other methods without using the input unit 7.

出力部16は、処理部8で演算されたメモリ9に格納される各種モデルデータに基づくシミュレート結果を出力する。   The output unit 16 outputs simulation results based on various model data stored in the memory 9 calculated by the processing unit 8.

次に、処理部8の詳細について図3を参照しながら説明する。図3は、処理部8の機能ブロック構成を示す図である。   Next, details of the processing unit 8 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a functional block configuration of the processing unit 8.

抵抗値算出部18は、電解槽3の温度及びメモリ9に格納された抵抗値モデルデータ10に基づいて電解槽3の抵抗値を算出する。   The resistance value calculation unit 18 calculates the resistance value of the electrolytic cell 3 based on the temperature of the electrolytic cell 3 and the resistance value model data 10 stored in the memory 9.

図4は、抵抗値モデルデータ10における温度偏差と抵抗値との相関関係の一例を示す図である。この抵抗値モデルデータ10は、x軸を電解槽における温度偏差(℃)、y軸を定格抵抗値(%)としたときに、y=−0.016x+0.913(R=0.9560)の直線近似式で示され、負の一次相関を有する。したがって、抵抗値算出部18では、抵抗値モデルデータ10に基づいて電解槽3の温度に対応する抵抗値を正確に算出することができる。なお、本実施の形態で示すモデルデータは上述したように一例であり、これらのモデルデータに限定されるものではなく、例えばデータ分布が二次以上の相関を有するものであってもよい。また、温度偏差とは、モデルデータ収集期間中の各電解槽温度の算術平均値を基準とした温度をいい、定格%とは、定電流源の長時間定格値、すなわち、定電流源を連続して使用した場合においても装置の寿命が保証される供給電流量の最大値を100%とし、供給電流量ゼロを0%とした電流量をいう。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the correlation between the temperature deviation and the resistance value in the resistance value model data 10. This resistance value model data 10 is y = −0.016x + 0.913 (R 2 = 0.9560), where the x axis is the temperature deviation (° C.) in the electrolytic cell and the y axis is the rated resistance value (%). And has a negative first-order correlation. Therefore, the resistance value calculation unit 18 can accurately calculate the resistance value corresponding to the temperature of the electrolytic cell 3 based on the resistance value model data 10. Note that the model data shown in the present embodiment is an example as described above, and is not limited to these model data. For example, the data distribution may have a second-order or higher correlation. The temperature deviation refers to the temperature based on the arithmetic average value of each electrolytic cell temperature during the model data collection period. The rated% refers to the long-time rated value of the constant current source, that is, the constant current source is continuous. In this case, the maximum value of the supply current amount that guarantees the life of the apparatus is 100%, and the supply current amount zero is 0%.

電流値算出部19は、抵抗値算出部18で算出された電解槽3の抵抗値に基づいて電解槽3の電流値を算出する。なお、この電流値算出部19は、電解槽3に流れる全電流量を分配することで電解槽3の各電流値を算出することができ、例えばメモリ9に格納されたシミュレーションプログラム15からオームの法則を利用して電解槽3の電流値を算出する。   The current value calculation unit 19 calculates the current value of the electrolytic cell 3 based on the resistance value of the electrolytic cell 3 calculated by the resistance value calculation unit 18. The current value calculation unit 19 can calculate each current value of the electrolytic cell 3 by distributing the total amount of current flowing through the electrolytic cell 3. For example, the current value calculation unit 19 can calculate the ohmic value from the simulation program 15 stored in the memory 9. The current value of the electrolytic cell 3 is calculated using the law.

発熱量算出部20は、電流値算出部19で算出された電解槽3の電流値から、メモリ9に格納された発熱量モデルデータ11に基づいて、電解槽3で発生する発熱量を算出する。   The calorific value calculation unit 20 calculates the calorific value generated in the electrolytic cell 3 from the current value of the electrolytic cell 3 calculated by the current value calculation unit 19 based on the calorific value model data 11 stored in the memory 9. .

図5は発熱量モデルデータ11における電解電流値と発熱量との相関関係の一例を示す図である。この発熱量モデルデータ11は、x軸を定格電流値(%)、y軸を定格発熱量(%)としたときに、y=0.9903x(R=0.9920)の近似式で示され、正の一次相関を有する。したがって、発熱量算出部20では、発熱量モデルデータ11に基づいて電解槽3で発生する発熱量を正確に算出することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the correlation between the electrolytic current value and the heat generation amount in the heat generation amount model data 11. The calorific value model data 11 is represented by an approximate expression of y = 0.9903x (R 2 = 0.9920), where the x-axis is the rated current value (%) and the y-axis is the rated calorific value (%). And has a positive first order correlation. Therefore, the calorific value calculation unit 20 can accurately calculate the calorific value generated in the electrolytic cell 3 based on the calorific value model data 11.

散逸熱量算出部21は、電流値算出部19で算出された電解槽3の電流量から電解槽3で発生する電気分解生成物発生量及び供給される原料の質量を算出し、電解槽3からの散逸熱量を算出する。   The dissipated heat amount calculation unit 21 calculates the amount of electrolysis product generated in the electrolytic cell 3 and the mass of the supplied raw material from the amount of current in the electrolytic cell 3 calculated by the current value calculation unit 19. Calculate the amount of heat dissipated.

散逸熱量算出部21は、電気分解生成物の発生量、すなわち、水素の発生量を算出する水素発生量算出部22、塩素の発生量を算出する塩素発生量算出部23、苛性ソーダの発生量を算出する苛性ソーダ発生量算出部24、及び淡塩水の発生量を算出する淡塩水発生量算出部25とから構成されており、電解槽3から発生する電気分解生成物による散逸熱量を算出する。この散逸熱量算出部21におけるシミュレートの手順については、図6のフローチャートを参照しながら詳細を説明する。   The dissipated heat amount calculation unit 21 calculates the generation amount of the electrolysis product, that is, the hydrogen generation amount calculation unit 22 that calculates the generation amount of hydrogen, the chlorine generation amount calculation unit 23 that calculates the generation amount of chlorine, and the generation amount of caustic soda. It comprises a caustic soda generation amount calculation unit 24 to calculate and a fresh salt water generation amount calculation unit 25 to calculate the generation amount of fresh salt water, and calculates the amount of heat dissipated by the electrolysis products generated from the electrolytic cell 3. Details of the simulation procedure in the heat dissipation amount calculation unit 21 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS1において、水素発生量算出部22、塩素発生量算出部23、及び苛性ソーダ発生量算出部24は、電流値算出部19で算出された電解槽3の電流値から、メモリ9に格納された水素発生量モデルデータ12、塩素発生量モデルデータ13、及び苛性ソーダ発生量モデルデータ14に基づいて、電解槽3で発生する水素ガス、塩素ガス、及び苛性ソーダの発生量を算出する。   In step S 1, the hydrogen generation amount calculation unit 22, the chlorine generation amount calculation unit 23, and the caustic soda generation amount calculation unit 24 are stored in the memory 9 from the current value of the electrolytic cell 3 calculated by the current value calculation unit 19. Based on the hydrogen generation amount model data 12, the chlorine generation amount model data 13, and the caustic soda generation amount model data 14, the generation amounts of hydrogen gas, chlorine gas, and caustic soda generated in the electrolytic cell 3 are calculated.

図7は水素発生量モデルデータ12における電解電流値と水素発生量との相関関係の一例を示す図である。この水素発生量モデルデータ12は、x軸を定格電流値(%)、y軸を定格水素発生量(%)としたときに、y=0.9797x(R=0.8983)の近似式で示され、正の一次相関を有する。したがって、水素発生量算出部22は、水素発生量モデルデータ12に基づいて電解槽3における水素発生量を正確に算出することができる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the correlation between the electrolysis current value and the hydrogen generation amount in the hydrogen generation amount model data 12. This hydrogen generation amount model data 12 is an approximate expression of y = 0.9797x (R 2 = 0.8983) where the x-axis is the rated current value (%) and the y-axis is the rated hydrogen generation amount (%). And has a positive first-order correlation. Therefore, the hydrogen generation amount calculation unit 22 can accurately calculate the hydrogen generation amount in the electrolytic cell 3 based on the hydrogen generation amount model data 12.

図8は塩素発生量モデルデータ13における電解電流値と塩素発生量との相関関係の一例を示す図である。この塩素発生量モデルデータ13は、x軸を定格電流値(%)、y軸を定格塩素発生量(%)としたときに、y=0.9929x(R=0.9979)の近似式で示され、正の一次相関を有する。したがって、塩素発生量算出部23では、塩素発生量モデルデータ13に基づいて電解槽3における塩素発生量を正確に算出することができる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the correlation between the electrolysis current value and the chlorine generation amount in the chlorine generation amount model data 13. This chlorine generation amount model data 13 is an approximate expression of y = 0.9929x (R 2 = 0.9997) where the x-axis is the rated current value (%) and the y-axis is the rated chlorine generation amount (%). And has a positive first-order correlation. Therefore, the chlorine generation amount calculation unit 23 can accurately calculate the chlorine generation amount in the electrolytic cell 3 based on the chlorine generation amount model data 13.

図9は苛性ソーダ発生量モデルデータ14における電解電流値と苛性ソーダ発生量との相関関係の一例を示す図である。この苛性ソーダ発生量モデルデータ14は、x軸を定格電流値(%)、y軸を定格苛性発生量(%)としたときに、y=0.9702x(R=0.9795)の近似式で示され、正の一次相関を有する。したがって、苛性ソーダ発生量算出部24では、塩素発生量モデルデータ13に基づいて電解槽3における苛性ソーダ発生量を正確に算出することができる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the correlation between the electrolytic current value and the caustic soda generation amount in the caustic soda generation model data 14. This caustic soda generation model data 14 is an approximate expression of y = 0.9702x (R 2 = 0.9795) where the x-axis is the rated current value (%) and the y-axis is the rated caustic generation amount (%). And has a positive first-order correlation. Therefore, the caustic soda generation amount calculation unit 24 can accurately calculate the caustic soda generation amount in the electrolytic cell 3 based on the chlorine generation amount model data 13.

ステップS2において、淡塩水発生量算出部25は、上述した水素ガス、塩素ガス、及び苛性ソーダの発生量と、図示しない原料供給部からの原料供給量とに基づいて、式(4)により淡塩水発成量を算出する。   In step S <b> 2, the fresh salt water generation amount calculation unit 25 calculates the fresh salt water according to the formula (4) based on the generation amounts of the hydrogen gas, chlorine gas, and caustic soda described above, and the raw material supply amount from the raw material supply unit (not shown). Calculate the amount of generation.

淡塩水発生量=原料供給量−発生ガス(水素ガス、塩素ガス)合計量−苛性ソーダ発生量 (4)
ステップS3において、散逸熱量算出部21は、ステップS1及びステップS2において算出した水素ガス、塩素ガス、苛性ソーダ、及び淡塩水の発生量をメモリ9に格納されたシミュレーションプログラム15に基づいて式(5)により各生成物質の比熱から電解槽3からの散逸熱量を算出する。
C=mc (5)
ここで、Cは各生成物質の熱容量、mは各生成物質の質量、cは各生成物質の比熱を示す。以上説明したステップS1〜ステップS3の処理により、散逸熱量算出部21は散逸熱量を算出する。
Amount of fresh salt water = Amount of raw material supplied-Total amount of generated gas (hydrogen gas, chlorine gas)-Amount of caustic soda generated (4)
In step S3, the dissipated heat amount calculation unit 21 calculates the generation amount of hydrogen gas, chlorine gas, caustic soda, and fresh salt water calculated in step S1 and step S2 based on the simulation program 15 stored in the memory 9 (5). The amount of heat dissipated from the electrolytic cell 3 is calculated from the specific heat of each product substance.
C = mc (5)
Here, C represents the heat capacity of each product material, m represents the mass of each product material, and c represents the specific heat of each product material. Through the processes in steps S1 to S3 described above, the heat dissipation amount calculation unit 21 calculates the heat dissipation amount.

電解槽温度算出部26は、発熱量算出部20で算出された発熱量と、散逸熱量算出部21で算出された電解槽3における発生熱量と、原料持ち込み熱量算出部27で算出された図示しない原料供給部から供給される電解質溶液由来の負の熱量とのバランス計算を行い、電解槽3の温度変化に寄与する熱量を考慮した電解槽温度を算出する。   The electrolytic cell temperature calculation unit 26 is a heat generation amount calculated by the heat generation amount calculation unit 20, a generated heat amount in the electrolytic cell 3 calculated by the dissipated heat amount calculation unit 21, and a raw material carry-in heat amount calculation unit 27 (not shown). A balance calculation with the negative heat amount derived from the electrolyte solution supplied from the raw material supply unit is performed, and the electrolytic cell temperature is calculated in consideration of the heat amount contributing to the temperature change of the electrolytic cell 3.

伝熱量算出部28は、電解槽温度を一定温度に保つために熱交換器で熱交換される伝熱量を算出する。例えば向流式の熱交換器での電解槽側と熱冷媒側との熱交換量を、式(6)、(7)により算出する。
Q=UAΔT (6)
ΔT=(ΔT−ΔT)/ln(ΔT/ΔT) (7)
ここで、Qは伝熱量、Uは総括伝熱係数、Aは有効伝熱面積、ΔTは熱交換器出入口でのプロセス流体と熱冷媒との対数平均温度差である。また、ΔTはプロセス流体入口部におけるプロセス流体及び熱冷媒の温度差、ΔTはプロセス流体出口部における、プロセス流体及び熱冷媒の温度差を示しており、両流体の温度差が大きいほど伝熱量は大きくなる。この熱交換により、電解槽温度が上昇した場合は冷却させ、電解槽温度が下降した場合には熱冷媒の流量を調節して上昇させることができる。なお、向流式の熱交換器においては、上述したプロセス流体入口側が熱冷媒出口側となる。また、上述した式(7)において、ΔTとΔTとの比が2より小さい場合には、ΔTは両温度の算術平均値で近似することができる。
The heat transfer amount calculation unit 28 calculates the heat transfer amount heat exchanged by the heat exchanger in order to keep the electrolytic cell temperature at a constant temperature. For example, the amount of heat exchange between the electrolytic cell side and the thermal refrigerant side in a countercurrent heat exchanger is calculated by equations (6) and (7).
Q = UAΔT (6)
ΔT = (ΔT 1 −ΔT 2 ) / ln (ΔT 1 / ΔT 2 ) (7)
Here, Q is the amount of heat transfer, U is the overall heat transfer coefficient, A is the effective heat transfer area, and ΔT is the logarithm average temperature difference between the process fluid and the thermal refrigerant at the inlet / outlet of the heat exchanger. ΔT 1 indicates the temperature difference between the process fluid and the thermal refrigerant at the process fluid inlet, and ΔT 2 indicates the temperature difference between the process fluid and the thermal refrigerant at the process fluid outlet. The larger the temperature difference between the two fluids, the greater the transmission. The amount of heat increases. By this heat exchange, when the electrolytic cell temperature rises, it can be cooled, and when the electrolytic cell temperature falls, the flow rate of the thermal refrigerant can be adjusted and raised. In the countercurrent heat exchanger, the process fluid inlet side described above is the thermal refrigerant outlet side. Further, in the above-described equation (7), when the ratio of ΔT 1 and ΔT 2 is smaller than 2, ΔT can be approximated by an arithmetic average value of both temperatures.

また、伝熱量算出部28は、プロセス流体と熱冷媒の入口温度を固定し、それぞれの流体の熱交換出口部の温度を振って、伝熱に起因する両流体のエンタルピー変化を算出し、両流体のエンタルピー変化量が等しくなるように両流体の熱交換出口部の温度を収束計算する。この収束計算では、イタレーションすることにより、両流体の流量や供給温度が変化した場合の新たな伝熱量、すなわち各流体の熱交換出口部の温度を算出することができる。   Further, the heat transfer amount calculation unit 28 fixes the inlet temperature of the process fluid and the thermal refrigerant, swings the temperature of the heat exchange outlet of each fluid, calculates the enthalpy change of both fluids due to heat transfer, The temperature of the heat exchange outlet of both fluids is converged and calculated so that the enthalpy change amounts of the fluids are equal. In this convergence calculation, a new heat transfer amount when the flow rate and supply temperature of both fluids change, that is, the temperature of the heat exchange outlet of each fluid, can be calculated by iteration.

除熱後電解槽温度算出部29は、伝熱量算出部28で算出された電解槽側と熱冷媒側とで熱交換される伝熱量から新たな電解槽の温度を算出する。すなわち、電解槽3の電解槽温度から伝熱量算出部28が伝熱計算した熱交換量の差分をとることで新たな電解槽の温度を算出する。   The post-heat removal electrolytic cell temperature calculation unit 29 calculates the temperature of the new electrolytic cell from the heat transfer amount heat exchanged between the electrolytic cell side and the thermal refrigerant side calculated by the heat transfer amount calculation unit 28. That is, the temperature of the new electrolytic cell is calculated by taking the difference of the heat exchange amount calculated by the heat transfer amount calculation unit 28 from the electrolytic cell temperature of the electrolytic cell 3.

次に、上述した電解槽3における電解質溶液の電気分解をシミュレートする方法について説明する。以下では、電解槽3における温度変化のシミュレートを実行する際の場面を想定する。   Next, a method for simulating electrolysis of the electrolyte solution in the electrolytic cell 3 described above will be described. Below, the scene at the time of performing the simulation of the temperature change in the electrolytic cell 3 is assumed.

図10は、処理部8の各機能ブロックの処理動作を説明するためのフローチャートである。なお、この処理動作に用いるシミュレーションプログラム15はメモリ9に格納されており、処理部8によって解釈及び/又は実行されるものとするが、この例に限定されるものではないことは勿論である。   FIG. 10 is a flowchart for explaining the processing operation of each functional block of the processing unit 8. Although the simulation program 15 used for this processing operation is stored in the memory 9 and is interpreted and / or executed by the processing unit 8, it is needless to say that the present invention is not limited to this example.

ステップS10において、入力部7は、電解槽3の初期温度を入力する。なお、この初期温度の入力は、入力部7から入力される方法に限られるものではない。   In step S <b> 10, the input unit 7 inputs an initial temperature of the electrolytic cell 3. The input of the initial temperature is not limited to the method input from the input unit 7.

ステップS11において、抵抗値算出部18は、ステップS10で入力された電解槽3の温度を、メモリ9に格納された抵抗値モデルデータ10に基づいて電解槽3の抵抗値を算出する。   In step S <b> 11, the resistance value calculation unit 18 calculates the resistance value of the electrolytic cell 3 based on the resistance value model data 10 stored in the memory 9 based on the temperature of the electrolytic cell 3 input in step S <b> 10.

ステップS12において、電流値算出部19は、ステップS11で算出した電解槽3の抵抗値と全電流値から電解槽3の電流値を算出する。   In step S12, the current value calculation unit 19 calculates the current value of the electrolytic cell 3 from the resistance value and total current value of the electrolytic cell 3 calculated in step S11.

ステップS13において、発熱量算出部20は、ステップS12で算出した電解槽3の電流値をメモリ9に格納された発熱量モデルデータ11に基づいて電解槽3で発生する発熱量を算出する。   In step S <b> 13, the calorific value calculation unit 20 calculates the calorific value generated in the electrolytic cell 3 based on the calorific value model data 11 stored in the memory 9 based on the current value of the electrolytic cell 3 calculated in step S <b> 12.

ステップS14において、電解槽温度算出部26は、ステップS13で算出した電解槽3で発生する発熱量、原料持ち込み熱量算出部27で算出された原料が持ち込む熱量、及び散逸熱量算出部21で算出された散逸熱量から電解槽3の温度を算出する。   In step S <b> 14, the electrolytic cell temperature calculation unit 26 is calculated by the calorific value generated in the electrolytic cell 3 calculated in step S <b> 13, the amount of heat carried by the raw material calculated by the raw material carry-in heat amount calculation unit 27, and the dissipated heat amount calculation unit 21. The temperature of the electrolytic cell 3 is calculated from the amount of heat dissipated.

ステップS15において、伝熱量算出部28は、ステップ14で算出した電解槽3の温度を一定に保つために熱交換される伝熱量を算出する。   In step S <b> 15, the heat transfer amount calculation unit 28 calculates the heat transfer amount to be heat-exchanged in order to keep the temperature of the electrolytic cell 3 calculated in step 14 constant.

ステップS16において、伝熱量算出部28は、伝熱量に基づいて算出した温度が所定の閾値以下に収束しているかどうかを判断する。この温度が所定の閾値以下に収束している場合はステップS17に進み、温度が所定の閾値以下に収束していない場合はステップS15に戻って熱交換される伝熱量算出のシミュレートを続ける。   In step S <b> 16, the heat transfer amount calculation unit 28 determines whether the temperature calculated based on the heat transfer amount has converged to a predetermined threshold value or less. If this temperature has converged below the predetermined threshold, the process proceeds to step S17. If the temperature has not converged below the predetermined threshold, the process returns to step S15 to continue the simulation of calculating the heat transfer amount for heat exchange.

ステップS17において、除熱後電解槽温度算出部29は、ステップS16で伝熱量算出部28が収束していると判断した温度結果に基づいて、除熱された後の電解槽3の温度を算出する。   In step S17, the post-heat removal electrolytic cell temperature calculation unit 29 calculates the temperature of the electrolytic cell 3 after heat removal based on the temperature result determined by the heat transfer amount calculation unit 28 to converge in step S16. To do.

以上により、電解槽3のある時点における温度をシミュレートする際の一連の処理を終了する。処理部8は、このステップS10〜ステップS17における一連のシミュレーション処理を実施することにより、実機の電解槽における温度変化を再現することが可能となり、電解槽温度が近い将来どのような温度となるかを予想することができる。また、処理部8は、ステップS10〜ステップS17における一連のシミュレーション処理を周期的に繰り返し実行することにより、電解槽温度の経時変化をシミュレートすることが可能となる。   Thus, a series of processes for simulating the temperature at a certain point in the electrolytic cell 3 is completed. The processing unit 8 can reproduce the temperature change in the actual electrolytic cell by performing a series of simulation processes in step S10 to step S17, and what kind of temperature the electrolytic cell temperature will be in the near future. Can be expected. Moreover, the process part 8 can simulate the time-dependent change of electrolytic cell temperature by performing repeatedly the series of simulation processes in step S10-step S17 periodically.

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。なお本分野の研究常識に照らし、本発明が以下に示す実施例で用いる実験条件の末節に限定されないのは明らかである。   Next, specific examples of the present invention will be described. In light of the common general knowledge in this field, it is clear that the present invention is not limited to the final conditions of the experimental conditions used in the following examples.

〔実施例〕
図1に示すような電気分解装置1において、互いに同一の規格で生産され、実用電解電圧が所定値であるイオン交換膜法電解槽を所定数準備し、これらを互いに電気的に並列に定電流直流電源装置に接続した。電解槽3に電解質溶液として塩化ナトリウム水溶液を充填し、定電流直流電源装置から出力電流が一定値となるように直流電流を通電した。
〔Example〕
In an electrolysis apparatus 1 as shown in FIG. 1, a predetermined number of ion-exchange membrane electrolytic cells that are produced according to the same standard and have a practical electrolysis voltage of a predetermined value are prepared, and these are electrically connected in parallel with each other at a constant current. Connected to a DC power supply. The electrolytic bath 3 was filled with a sodium chloride aqueous solution as an electrolyte solution, and a direct current was applied from the constant current direct current power supply device so that the output current became a constant value.

図11(A)は、電解槽3に通電される全定格電流値を100%から90%へ10%減少させた場合における全定格電流値の経時変化を実績値とシミュレーション演算結果とで比較したものである。また、図11(B)〜(D)は、図11(A)のように全定格電流値を10%減少させた場合において、電解槽3の温度変化を経時的に示したものであり、代表例として3槽の結果について示した。   FIG. 11 (A) compares the change over time in the total rated current value when the total rated current value supplied to the electrolytic cell 3 is reduced by 10% from 100% to 90% between the actual value and the simulation calculation result. Is. 11 (B) to (D) show the temperature change of the electrolytic cell 3 over time when the total rated current value is reduced by 10% as shown in FIG. 11 (A). As a representative example, the results of three tanks are shown.

図11B〜Dに示されるように、図11Aのような電流減少を行った場合に、実績値とシミュレーション結果との温度の経時変化の挙動はほぼ一致する結果となった。   As shown in FIGS. 11B to 11D, when the current reduction as shown in FIG. 11A was performed, the results of the temperature change with time of the actual value and the simulation result almost coincided.

以上説明したように、本実施の形態における電解シミュレーション装置6によれば、電解槽で電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する際に関与する動的挙動、特に温度変化について操業データを使用して表現するため、電解槽の運転状況を変化させた際の温度の過渡変化を正確にシミュレートすることができる。   As described above, according to the electrolysis simulation apparatus 6 in the present embodiment, the operation data on the dynamic behavior, particularly the temperature change involved in producing the electrolysis product by electrolyzing the electrolyte solution in the electrolytic cell. Therefore, it is possible to accurately simulate a transient change in temperature when the operation state of the electrolytic cell is changed.

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、温度の経時変化をシミュレーションの対象としたが、生産量のように他のパラメータをシミュレーションの対象としても構わない。また、原料供給量や熱交換量についても初期温度と同様に入力部7で入力することにしても構わない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the temperature change with time is set as a simulation target. However, other parameters such as the production amount may be set as the simulation target. Also, the raw material supply amount and the heat exchange amount may be input at the input unit 7 as in the case of the initial temperature.

本実施の形態における電気分解装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrolyzer in this Embodiment. 本実施の形態におけるシミュレーション装置の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the simulation apparatus in this Embodiment. 本実施の形態におけるシミュレーション装置の演算部における機能ブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the functional block structure in the calculating part of the simulation apparatus in this Embodiment. シミュレーションに用いる抵抗値モデルデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the resistance value model data used for simulation. シミュレーションに用いる発熱量モデルデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emitted-heat amount model data used for simulation. シミュレーションにおいて散逸熱量を算出する際の動作手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation | movement procedure at the time of calculating the amount of heat dissipation in simulation. シミュレーションに用いる水素発生量モデルデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hydrogen generation amount model data used for simulation. シミュレーションに用いる塩素発生量モデルデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the chlorine generation amount model data used for simulation. シミュレーションに用いる苛性ソーダ発生量モデルデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the caustic generation amount model data used for simulation. 本実施の形態における温度シミュレーションの動作手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation | movement procedure of the temperature simulation in this Embodiment. 電解槽の全定格電流値を減少させた際の実績値とシミュレーション結果とにおける全定格電流値の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the total rated current value in the actual value at the time of decreasing the total rated current value of an electrolytic cell, and a simulation result.

符号の説明Explanation of symbols

1 電気分解装置、2 電源装置、3 電解槽、4 温度設定値出力装置、5 温度調整装置、6 電解シミュレーション装置、7 入力部、8 処理部、9 メモリ、10 抵抗値モデルデータ、11 発熱量モデルデータ、12 水素発生量モデルデータ、13 塩素発生量モデルデータ、14 苛性ソーダ発生量モデルデータ、15 シミュレーションプログラム、16 出力部、17 バス、18 抵抗値算出部、19 電流値算出部、20 発熱量算出部、21 散逸熱量算出部、22 水素発生量算出部、23 塩素発生量算出部、24 苛性ソーダ発生量算出部、25 淡塩水発生量算出部、26 電解槽温度算出部、27 原料持ち込み熱量算出部、28 伝熱量算出部、29 除熱後電解槽温度算出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolysis device, 2 Power supply device, 3 Electrolysis tank, 4 Temperature set value output device, 5 Temperature adjustment device, 6 Electrolysis simulation device, 7 Input part, 8 Processing part, 9 Memory, 10 Resistance value model data, 11 Calorific value Model data, 12 Hydrogen generation amount model data, 13 Chlorine generation amount model data, 14 Caustic soda generation amount model data, 15 Simulation program, 16 Output section, 17 Bus, 18 Resistance value calculation section, 19 Current value calculation section, 20 Heat generation amount Calculation unit, 21 Dissipated heat amount calculation unit, 22 Hydrogen generation amount calculation unit, 23 Chlorine generation amount calculation unit, 24 Caustic soda generation amount calculation unit, 25 Fresh salt water generation amount calculation unit, 26 Electrolyzer temperature calculation unit, 27 Raw material carry heat amount calculation Part, 28 heat transfer amount calculation part, 29 post-heat removal electrolytic cell temperature calculation part

Claims (7)

出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度をシミュレートする電解シミュレーション装置において、
上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶手段と、
上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電流の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出手段と、
上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出手段と、
上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出手段と、
上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の熱散逸量を算出する散逸熱量算出手段と、
上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出手段と、
上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正手段と
を備えることを特徴とする電解シミュレーション装置。
A DC power source that outputs a DC current while changing the output voltage so that the output current is constant, two or more electrolytic cells electrically connected in parallel to the DC power source, and the temperature of each electrolytic cell And a supply means for supplying an electrolytic solution to each of the electrolytic cells at a predetermined temperature. A direct current is passed from the direct current power source to each of the electrolytic cells, In an electrolysis simulation apparatus for simulating the temperature of an electrolysis tank of an electrolysis apparatus that produces an electrolysis product by electrolyzing an electrolyte solution supplied to the tank,
Resistance value model data indicating a resistance value with respect to a temperature deviation in each of the electrolytic cells, a heat value model data indicating a heat value with respect to a current value, and an electrolysis product generation amount model indicating each amount of electrolysis product generated with respect to a current value Storage means for storing data;
Resistance value calculating means for calculating the resistance value of each electrolytic cell from the temperature of each electrolytic cell and the resistance value model data;
Current value calculating means for calculating a current value of each electrolytic cell from a resistance value of each electrolytic cell and a current value of a direct current output from the DC power source;
A calorific value calculating means for calculating the calorific value of each electrolytic cell from the current value of each electrolytic cell and the calorific value model data;
An electrolysis product generation amount calculating means for calculating the electrolysis product generation amount from the current value of each electrolytic cell and the electrolysis product generation amount model data;
Dissipated heat amount calculating means for calculating the heat dissipation amount of each electrolytic cell based on the amount of electrolysis product generated and the amount of electrolyte solution supplied;
Temperature calculation means for calculating the temperature of each electrolytic cell based on the amount of heat supplied by the electrolyte solution supplied by the supply means, the amount of heat dissipated, and the amount of heat generated;
An electrolysis simulation apparatus comprising: temperature correction means for correcting the temperature of each electrolytic cell based on the heat exchange amount of the heat exchanger.
上記温度補正手段は、上記熱交換量の伝熱計算をして上記各電解槽温度から該伝熱計算の結果の差分をとることを特徴とする請求項1記載の電解シミュレーション装置。   2. The electrolysis simulation apparatus according to claim 1, wherein the temperature correction means calculates the heat transfer amount of the heat exchange amount and takes a difference of the heat transfer calculation result from each of the electrolytic cell temperatures. 上記各電解槽の初期温度、上記直流電源から出力される直流電源の電流値、上記供給手段から供給される電解質溶液の供給量、及び上記熱交換器の熱交換量のうち少なくとも1つのパラメータを入力する入力手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の電解シミュレーション装置。   At least one parameter among the initial temperature of each electrolytic cell, the current value of the DC power source output from the DC power source, the supply amount of the electrolyte solution supplied from the supply means, and the heat exchange amount of the heat exchanger The electrolysis simulation apparatus according to claim 1, further comprising an input unit for inputting. 上記電解質溶液は塩化ナトリウムを含有し、上記電気分解生成物として水素、塩素、苛性ソーダ、及び淡塩水が発生することを特徴とする請求項1記載の電解シミュレーション装置。   2. The electrolytic simulation apparatus according to claim 1, wherein the electrolyte solution contains sodium chloride, and hydrogen, chlorine, caustic soda, and fresh salt water are generated as the electrolysis product. 上記各モデルデータは、一次相関式で表されることを特徴とする請求項1記載の電解シミュレーション装置。   2. The electrolysis simulation apparatus according to claim 1, wherein each of the model data is represented by a primary correlation equation. 出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度変化をシミュレートする電解シミュレーション方法において、
上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物の発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶ステップと、
上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、
上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電源の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出ステップと、
上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出ステップと、
上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物の発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出ステップと、
上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の散逸熱量を算出する散逸熱量算出ステップと、
上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出ステップと、
上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正ステップと
を有することを特徴とする電解シミュレーション方法。
A DC power source that outputs a DC current while changing the output voltage so that the output current is constant, two or more electrolytic cells electrically connected in parallel to the DC power source, and the temperature of each electrolytic cell And a supply means for supplying an electrolytic solution to each of the electrolytic cells at a predetermined temperature. A direct current is passed from the direct current power source to each of the electrolytic cells, In an electrolysis simulation method for simulating a temperature change of an electrolysis tank of an electrolysis apparatus for producing an electrolysis product by electrolyzing an electrolyte solution supplied to the tank,
Resistance value model data indicating a resistance value with respect to temperature deviation in each of the electrolytic cells, a heat value model data indicating a heat value with respect to a current value, and an electrolysis product generation amount indicating a generation amount of each electrolysis product with respect to the current value A storage step for storing model data;
A resistance value calculating step for calculating the resistance value of each electrolytic cell from the temperature of each electrolytic cell and the resistance value model data;
A current value calculating step of calculating a current value of each electrolytic cell from a resistance value of each electrolytic cell and a current value of a DC power source output from the DC power source;
A calorific value calculating step for calculating the calorific value of each electrolytic cell from the current value of each electrolytic cell and the calorific value model data;
An electrolysis product generation amount calculating step for calculating the generation amount of the electrolysis product from the current value of each electrolytic cell and the electrolysis product generation amount model data;
A heat dissipation amount calculation step for calculating the heat dissipation amount of each electrolytic cell based on the amount of electrolysis product generated and the amount of electrolyte solution supplied;
A temperature calculating step for calculating the temperature of each electrolytic cell based on the supply heat amount of the electrolyte solution supplied by the supply means, the dissipated heat amount, and the heat generation amount;
A temperature correction step for correcting the temperature of each electrolytic cell based on the heat exchange amount of the heat exchanger.
出力電流が一定となるように出力電圧を変化させながら直流電流を出力する直流電源と、該直流電源に対して電気的に並列に接続された2基以上の電解槽と、各電解槽の温度を一定に保つための熱交換器と、上記各電解槽に電解質溶液を所定の温度で供給する供給手段とを備え、上記直流電源から上記各電解槽に直流電流を通電して、上記各電解槽に供給された電解質溶液を電気分解して電気分解生成物を製造する電解装置の電解槽の温度変化をシミュレートする電解シミュレーション処理をコンピュータシステムに実行させるプログラムにおいて、
上記各電解槽における温度偏差に対する抵抗値を示す抵抗値モデルデータと、電流値に対する発熱量を示す発熱量モデルデータと、電流値に対する各電気分解生成物の発生量を示す電気分解生成物発生量モデルデータを記憶する記憶ステップと、
上記各電解槽の温度及び上記抵抗値モデルデータから上記各電解槽の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、
上記各電解槽の抵抗値及び上記直流電源から出力される直流電源の電流値とから上記各電解槽の電流値を算出する電流値算出ステップと、
上記各電解槽の電流値及び上記発熱量モデルデータから上記各電解槽の発熱量を算出する発熱量算出ステップと、
上記各電解槽の電流値及び上記電気分解生成物発生量モデルデータから上記電気分解生成物の発生量をそれぞれ算出する電気分解生成物発生量算出ステップと、
上記電気分解生成物発生量及び上記電解質溶液の供給量に基づいて上記各電解槽の散逸熱量を算出する散逸熱量算出ステップと、
上記供給手段により供給された電解質溶液の供給熱量、上記散逸熱量、及び上記発熱量に基づいて上記各電解槽の温度を算出する温度算出ステップと、
上記熱交換器の熱交換量に基づいて、上記各電解槽の温度を補正する温度補正ステップと
を有することを特徴とするプログラム。
A DC power source that outputs a DC current while changing the output voltage so that the output current is constant, two or more electrolytic cells electrically connected in parallel to the DC power source, and the temperature of each electrolytic cell And a supply means for supplying an electrolytic solution to each of the electrolytic cells at a predetermined temperature. A direct current is passed from the direct current power source to each of the electrolytic cells, In a program for causing a computer system to execute an electrolysis simulation process for simulating a temperature change of an electrolysis tank of an electrolysis apparatus for producing an electrolysis product by electrolyzing an electrolyte solution supplied to the tank,
Resistance value model data indicating a resistance value with respect to temperature deviation in each of the electrolytic cells, a heat value model data indicating a heat value with respect to a current value, and an electrolysis product generation amount indicating a generation amount of each electrolysis product with respect to the current value A storage step for storing model data;
A resistance value calculating step for calculating the resistance value of each electrolytic cell from the temperature of each electrolytic cell and the resistance value model data;
A current value calculating step of calculating a current value of each electrolytic cell from a resistance value of each electrolytic cell and a current value of a DC power source output from the DC power source;
A calorific value calculating step for calculating the calorific value of each electrolytic cell from the current value of each electrolytic cell and the calorific value model data;
An electrolysis product generation amount calculating step for calculating the generation amount of the electrolysis product from the current value of each electrolytic cell and the electrolysis product generation amount model data;
A heat dissipation amount calculation step for calculating the heat dissipation amount of each electrolytic cell based on the amount of electrolysis product generated and the amount of electrolyte solution supplied;
A temperature calculating step for calculating the temperature of each electrolytic cell based on the supply heat amount of the electrolyte solution supplied by the supply means, the dissipated heat amount, and the heat generation amount;
A temperature correction step for correcting the temperature of each electrolytic cell based on the heat exchange amount of the heat exchanger.
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